[发明专利]一种无水氯化镁的制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及无水氯化镁的制备方法及装置，具体地说，涉及一种利用氧化镁或水合氯化镁为原料制备无水氯化镁的方法及装置，采用本发明的工艺及装置可以实现无水氯化镁的连续化生产，为电解法制备金属镁提供原料。

背景技术

镁属于元素周期表上的IIA（第二主族）族碱土金属元素，金属镁是银白色的金属，质硬，略有延展性，镁的密度小，离子化倾向大。与塑料相比，镁合金具有重量轻、比强度高、减振性好、热疲劳性能好、不易老化，又有良好的导热性、电磁屏蔽能力强、非常好的压铸工艺性能，尤其易于回收等优点，是替代钢铁、铝合金和工程塑料的新一代高性能结构材料。为适应电子、通讯器件高度集成化和轻薄小型化的发展趋势，镁合金是交通、电子信息、通讯、计算机、声像器材、手提工具、电机、林业、纺织、核动力装置等产品外壳的理想材料。

镁的制备方法通常有两类：电解法和热还原法。其中电解法使用的原料一般为氯化镁，因而采用电解氯化镁生产金属镁的关键环节是制备无水氯化镁。目前，无水氯化镁的制备方法有以下几种：

(1)低水铵光卤石氨法制备无水氯化镁

Yuichi Suzukaw在专利US3798314中对该方法的具体操作过程和原理进行了描述：先将低水铵光卤石（MgCl₂·NH₄Cl·nH₂O，n=0.5～4）在110℃-160℃进行初步脱水，初步脱水的产物在200～400℃与氨气接触反应生成氨合铵光卤石MgCl₂·NH₄Cl·nNH₃（n=0.2～3）。将氨合铵光卤石在712～900℃进行煅烧一段时间便得到无水氯化镁。该方法在实施的过程中氨的用量较大，能耗较高，导致实施成本过高。

(2)气固反应法制备无水氯化镁

一种方法是采用铵光卤石（MgCl₂·NH₄Cl·6H₂O）为原料的气固反应法（如《铵光卤石制备无水氯化镁新工艺及基础理论研究》，周宁波，中南大学，2005年博士论文）：将原料低水铵光卤石（MgCl₂·NH₄Cl·nH₂O，n=0.5～1.0）与氯化铵按照质量比1:4混合后在410℃加热脱水，生成产物氨合铵光卤石。将氨合铵光卤石在700℃煅烧得到无水氯化镁，其中氧化镁的质量分数小于0.1%。

另一种方法是采用水氯镁石（MgCl₂·6H₂O）为原料的气固反应法，如周宁波等在《水氯镁石气固反应制备无水氯化镁》中详细描述了该方法（周宁波等，[J].化学研究与应用，2010,22（10）：1290-1294）：用盐湖水氯镁石在氮气保护下于135℃脱水2h制成低水合水氯镁石（MgCl₂·nH₂O，n=1.6）。低水合水氯镁石与固体氯化铵按照质量比1:6.5混合，高温下使反应体系中氨气的分压达49.6KPa以上，在440℃脱水18分钟和710℃煅烧12分钟制成无水氯化镁。制得的无水氯化镁中氧化镁的质量分数小于0.15%。该方法在实施的过程中氯化铵的用量过大，氯化铵分解耗能过大，导致该方法的运行成本很高，另外大量的氯化铵在生产过程中回收困难且易堵塞管道。

(3)氧化镁氯化法制备无水氯化镁

一种方法是采用氯气作为氯化剂(IG Farben法)，它是将氧化镁和还原剂炭的团块在电加热竖炉内与氯气反应(约800℃)以制备熔融无水氯化镁，其缺点是生产效率低、氯气利用率低以及尾气处理投入大，且排气中存有氯化烃类。

另一种方法是采用氯化铵作为氯化剂，如CN102491383A中详细描述了该方法：将氧化镁和氯化铵均匀混合得到的混合物上方添加固体覆盖物氧化铝或石英砂，进行加热，反应制备得到氧化镁含量在0.5wt%以内的无水氯化镁。该方法存在以下问题：a)覆盖物在加热过程中，由于料层的移动变化，很容易混入产物无水氯化镁中，严重影响了无水氯化镁的纯度；b)反应物需要覆盖物石英砂或氧化铝持续进行保护，致使该方法只能实现间歇式生产，无法满足连续自动化生产的要求。

(4)熔融氯化脱水法制备无水氯化镁熔体